Rearrange the file tree.
[u/mdw/catacomb] / progs / perftest.c
diff --git a/progs/perftest.c b/progs/perftest.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..97a2e0f
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,614 @@
+/* -*-c-*-
+ *
+ * Measure performance of various operations (Unix-specific)
+ *
+ * (c) 2004 Straylight/Edgeware
+ */
+
+/*----- Licensing notice --------------------------------------------------*
+ *
+ * This file is part of Catacomb.
+ *
+ * Catacomb is free software; you can redistribute it and/or modify
+ * it under the terms of the GNU Library General Public License as
+ * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
+ * License, or (at your option) any later version.
+ *
+ * Catacomb is distributed in the hope that it will be useful,
+ * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+ * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
+ * GNU Library General Public License for more details.
+ *
+ * You should have received a copy of the GNU Library General Public
+ * License along with Catacomb; if not, write to the Free
+ * Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston,
+ * MA 02111-1307, USA.
+ */
+
+/*----- Header files ------------------------------------------------------*/
+
+#define _FILE_OFFSET_BITS 64
+
+#include "config.h"
+
+#include <errno.h>
+#include <limits.h>
+#include <math.h>
+#include <stdio.h>
+#include <string.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <time.h>
+
+#include <sys/types.h>
+#include <sys/time.h>
+#include <unistd.h>
+
+#include <mLib/alloc.h>
+#include <mLib/dstr.h>
+#include <mLib/mdwopt.h>
+#include <mLib/quis.h>
+#include <mLib/report.h>
+#include <mLib/sub.h>
+#include <mLib/tv.h>
+
+#include "rand.h"
+#include "mp.h"
+#include "mprand.h"
+#include "fibrand.h"
+#include "rsa.h"
+#include "mpmont.h"
+#include "mpbarrett.h"
+#include "dh.h"
+#include "pgen.h"
+#include "ec.h"
+#include "group.h"
+
+#include "cc.h"
+#include "gcipher.h"
+#include "ghash.h"
+#include "gmac.h"
+#include "ectab.h"
+#include "ptab.h"
+
+/*----- Options -----------------------------------------------------------*/
+
+typedef struct opts {
+  const char *name;                    /* Pre-configured named thing */
+  unsigned fbits;                      /* Field size bits */
+  unsigned gbits;                      /* Group size bits */
+  unsigned n;                          /* Number of factors */
+  unsigned i;                          /* Number of intervals (or zero) */
+  double t;                            /* Time for each interval (secs) */
+  unsigned f;                          /* Flags */
+#define OF_NOCHECK 1u                  /*   Don't do group checking */
+} opts;
+
+/*----- Job switch --------------------------------------------------------*/
+
+/* --- Barrett exponentiation --- */
+
+typedef struct bar_ctx {
+  size_t n;
+  mpbarrett b;
+  mp_expfactor *e;
+} bar_ctx;
+
+static void *bar_init(opts *o)
+{
+  bar_ctx *c = CREATE(bar_ctx);
+  gprime_param gp;
+  qd_parse qd;
+  size_t i;
+
+  if (o->name) {
+    qd.p = o->name;
+    if (dh_parse(&qd, &gp))
+      die(1, "bad prime group: %s", qd.e);
+  } else {
+    if (!o->fbits) o->fbits = 1024;
+    dh_gen(&gp, o->gbits, o->fbits, 0, &rand_global, pgen_evspin, 0);
+  }
+  mpbarrett_create(&c->b, gp.p);
+  if (!o->n) o->n = 1;
+  c->n = o->n;
+  c->e = xmalloc(c->n * sizeof(group_expfactor));
+  for (i = 0; i < c->n; i++) {
+    c->e[i].base = mprand_range(MP_NEW, gp.p, &rand_global, 0);
+    c->e[i].exp = mprand_range(MP_NEW, gp.q, &rand_global, 0);
+  }
+  dh_paramfree(&gp);
+  return (c);
+}
+
+static void bar_run(void *cc)
+{
+  bar_ctx *c = cc;
+  mp *d = mpbarrett_exp(&c->b, MP_NEW, c->e[0].base, c->e[0].exp);
+  MP_DROP(d);
+}
+
+static void barsim_run(void *cc)
+{
+  bar_ctx *c = cc;
+  mp *d = mpbarrett_mexp(&c->b, MP_NEW, c->e, c->n);
+  MP_DROP(d);
+}
+
+/* --- Montgomery exponentiation --- */
+
+typedef struct mont_ctx {
+  size_t n;
+  mpmont m;
+  mp_expfactor *e;
+} mont_ctx;
+
+static void *mont_init(opts *o)
+{
+  mont_ctx *c = CREATE(mont_ctx);
+  gprime_param gp;
+  qd_parse qd;
+  size_t i;
+
+  if (o->name) {
+    qd.p = o->name;
+    if (dh_parse(&qd, &gp))
+      die(1, "bad prime group: %s", qd.e);
+  } else {
+    if (!o->fbits) o->fbits = 1024;
+    dh_gen(&gp, o->gbits, o->fbits, 0, &rand_global, pgen_evspin, 0);
+  }
+  mpmont_create(&c->m, gp.p);
+  if (!o->n) o->n = 1;
+  c->n = o->n;
+  c->e = xmalloc(c->n * sizeof(mp_expfactor));
+  for (i = 0; i < c->n; i++) {
+    c->e[i].base = mprand_range(MP_NEW, gp.p, &rand_global, 0);
+    c->e[i].exp = mprand_range(MP_NEW, gp.q, &rand_global, 0);
+  }
+  dh_paramfree(&gp);
+  return (c);
+}
+
+static void mont_run(void *cc)
+{
+  mont_ctx *c = cc;
+  mp *d = mpmont_expr(&c->m, MP_NEW, c->e[0].base, c->e[0].exp);
+  MP_DROP(d);
+}
+
+static void montsim_run(void *cc)
+{
+  mont_ctx *c = cc;
+  mp *d = mpmont_mexpr(&c->m, MP_NEW, c->e, c->n);
+  MP_DROP(d);
+}
+
+/* --- Group exponentiation --- */
+
+typedef struct gr_ctx {
+  size_t n;
+  group *g;
+  group_expfactor *e;
+} gr_ctx;
+
+static void *grp_init(opts *o)
+{
+  gr_ctx *c = CREATE(gr_ctx);
+  const char *e;
+  gprime_param gp;
+  qd_parse qd;
+  size_t i;
+
+  if (o->name) {
+    qd.p = o->name;
+    if (dh_parse(&qd, &gp))
+      die(1, "bad prime group: %s", qd.e);
+  } else {
+    if (!o->fbits) o->fbits = 1024;
+    dh_gen(&gp, o->gbits, o->fbits, 0, &rand_global, pgen_evspin, 0);
+  }
+  c->g = group_prime(&gp);
+  if (!(o->f & OF_NOCHECK) && (e = G_CHECK(c->g, &rand_global)) != 0)
+    die(1, "bad group: %s", e);
+  if (!o->n) o->n = 1;
+  c->n = o->n;
+  c->e = xmalloc(c->n * sizeof(group_expfactor));
+  for (i = 0; i < c->n; i++) {
+    c->e[i].base = G_CREATE(c->g);
+    G_FROMINT(c->g, c->e[i].base,
+             mprand_range(MP_NEW, gp.p, &rand_global, 0));
+    c->e[i].exp = mprand_range(MP_NEW, gp.q, &rand_global, 0);
+  }
+  dh_paramfree(&gp);
+  return (c);
+}
+
+static void *grec_init(opts *o)
+{
+  gr_ctx *c = CREATE(gr_ctx);
+  const char *e;
+  ec_info ei;
+  ec p = EC_INIT;
+  size_t i;
+
+  if (!o->name)
+    die(1, "can't generate elliptic curves");
+  if ((e = ec_getinfo(&ei, o->name)) != 0)
+    die(1, "bad curve: %s", e);
+  c->g = group_ec(&ei);
+  if (!(o->f & OF_NOCHECK) && (e = G_CHECK(c->g, &rand_global)) != 0)
+    die(1, "bad group: %s", e);
+  if (!o->n) o->n = 1;
+  c->n = o->n;
+  c->e = xmalloc(c->n * sizeof(group_expfactor));
+  for (i = 0; i < c->n; i++) {
+    c->e[i].base = G_CREATE(c->g);
+    ec_rand(ei.c, &p, &rand_global);
+    G_FROMEC(c->g, c->e[i].base, &p);
+    c->e[i].exp = mprand_range(MP_NEW, ei.r, &rand_global, 0);
+  }
+  EC_DESTROY(&p);
+  return (c);
+}
+
+static void gr_run(void *cc)
+{
+  gr_ctx *c = cc;
+  ge *x = G_CREATE(c->g);
+  G_EXP(c->g, x, c->e[0].base, c->e[0].exp);
+  G_DESTROY(c->g, x);
+}
+
+static void grsim_run(void *cc)
+{
+  gr_ctx *c = cc;
+  ge *x = G_CREATE(c->g);
+  G_MEXP(c->g, x, c->e, c->n);
+  G_DESTROY(c->g, x);
+}
+
+/* --- RSA --- */
+
+typedef struct rsapriv_ctx {
+  rsa_priv rp;
+  rsa_privctx rpc;
+  mp *m;
+} rsapriv_ctx;
+
+static void *rsapriv_init(opts *o)
+{
+  rsapriv_ctx *c = CREATE(rsapriv_ctx);
+
+  if (!o->fbits) o->fbits = 1024;
+  rsa_gen(&c->rp, o->fbits, &rand_global, 0, pgen_evspin, 0);
+  rsa_privcreate(&c->rpc, &c->rp, 0);
+  c->m = mprand_range(MP_NEW, c->rp.n, &rand_global, 0);
+  return (c);
+}
+
+static void *rsaprivblind_init(opts *o)
+{
+  rsapriv_ctx *c = CREATE(rsapriv_ctx);
+
+  if (!o->fbits) o->fbits = 1024;
+  rsa_gen(&c->rp, o->fbits, &rand_global, 0, pgen_evspin, 0);
+  rsa_privcreate(&c->rpc, &c->rp, fibrand_create(0));
+  c->m = mprand_range(MP_NEW, c->rp.n, &rand_global, 0);
+  return (c);
+}
+
+static void rsapriv_run(void *cc)
+{
+  rsapriv_ctx *c = cc;
+  mp *d = rsa_privop(&c->rpc, MP_NEW, c->m);
+  MP_DROP(d);
+}
+
+typedef struct rsapub_ctx {
+  rsa_pub rp;
+  rsa_pubctx rpc;
+  mp *m;
+} rsapub_ctx;
+
+static void *rsapub_init(opts *o)
+{
+  rsapub_ctx *c = CREATE(rsapub_ctx);
+  rsa_priv rp;
+
+  if (!o->fbits) o->fbits = 1024;
+  rsa_gen(&rp, o->fbits, &rand_global, 0, pgen_evspin, 0);
+  c->rp.n = MP_COPY(rp.n);
+  c->rp.e = MP_COPY(rp.e);
+  rsa_privfree(&rp);
+  rsa_pubcreate(&c->rpc, &c->rp);
+  c->m = mprand_range(MP_NEW, c->rp.n, &rand_global, 0);
+  return (c);
+}
+
+static void rsapub_run(void *cc)
+{
+  rsapub_ctx *c = cc;
+  mp *d = rsa_pubop(&c->rpc, MP_NEW, c->m);
+  MP_DROP(d);
+}
+
+/* --- Symmetric encryption --- */
+
+typedef struct ksched_ctx {
+  const gccipher *c;
+  octet *k;
+  size_t ksz;
+} ksched_ctx;
+
+static void *ksched_init(opts *o)
+{
+  ksched_ctx *c = CREATE(ksched_ctx);
+  if (!o->name)
+    die(1, "must specify encryption scheme name");
+  if ((c->c = gcipher_byname(o->name)) == 0)
+    die(1, "encryption scheme `%s' not known", o->name);
+  c->ksz = keysz(o->gbits/8, c->c->keysz);
+  c->k = xmalloc(c->ksz);
+  rand_get(RAND_GLOBAL, c->k, c->ksz);
+  return (c);
+}
+
+static void ksched_run(void *cc)
+{
+  ksched_ctx *c = cc;
+  gcipher *gc = GC_INIT(c->c, c->k, c->ksz);
+  GC_DESTROY(gc);
+}
+
+typedef struct enc_ctx {
+  gcipher *c;
+  octet *m;
+  size_t sz;
+  size_t n;
+} enc_ctx;
+
+static void *enc_init(opts *o)
+{
+  enc_ctx *c = CREATE(enc_ctx);
+  const gccipher *cc;
+  size_t ksz;
+  octet *k;
+  if (!o->name)
+    die(1, "must specify encryption scheme name");
+  if ((cc = gcipher_byname(o->name)) == 0)
+    die(1, "encryption scheme `%s' not known", o->name);
+  ksz = keysz(0, cc->keysz);
+  k = xmalloc(ksz);
+  rand_get(RAND_GLOBAL, k, ksz);
+  c->c = GC_INIT(cc, k, ksz);
+  xfree(k);
+  c->sz = o->gbits ? o->gbits : 65536;
+  c->n = o->n ? o->n : 16;
+  c->m = xmalloc(c->sz);
+  return (c);
+}
+
+static void enc_run(void *cc)
+{
+  enc_ctx *c = cc;
+  size_t i;
+  for (i = 0; i < c->n; i++)
+    GC_ENCRYPT(c->c, c->m, c->m, c->sz);
+}
+
+/* --- Hashing --- */
+
+typedef struct hash_ctx {
+  const gchash *h;
+  octet *m;
+  size_t sz;
+  size_t n;
+} hash_ctx;
+
+static void *hash_init(opts *o)
+{
+  hash_ctx *c = CREATE(hash_ctx);
+  if (!o->name)
+    die(1, "must specify hash function name");
+  if ((c->h = ghash_byname(o->name)) == 0)
+    die(1, "hash function `%s' not known", o->name);
+  c->sz = o->gbits ? o->gbits : 65536;
+  c->n = o->n ? o->n : 16;
+  c->m = xmalloc(c->sz);
+  return (c);
+}
+
+static void hash_run(void *cc)
+{
+  hash_ctx *c = cc;
+  size_t i;
+  ghash *h = GH_INIT(c->h);
+  for (i = 0; i < c->n; i++)
+    GH_HASH(h, c->m, c->sz);
+  GH_DONE(h, 0);
+  GH_DESTROY(h);
+}
+
+/* --- Job table --- */
+
+typedef struct jobops {
+  const char *name;
+  void *(*init)(opts *);
+  void (*run)(void *);
+} jobops;
+
+static const jobops jobtab[] = {
+  { "g-prime-exp",             grp_init,               gr_run },
+  { "g-ec-mul",                        grec_init,              gr_run },
+  { "g-prime-exp-sim",         grp_init,               grsim_run },
+  { "g-ec-mul-sim",            grec_init,              grsim_run },
+  { "barrett-exp",             bar_init,               bar_run },
+  { "barrett-exp-sim",         bar_init,               barsim_run },
+  { "mont-exp",                        mont_init,              mont_run },
+  { "mont-exp-sim",            mont_init,              montsim_run },
+  { "rsa-priv",                        rsapriv_init,           rsapriv_run },
+  { "rsa-priv-blind",          rsaprivblind_init,      rsapriv_run },
+  { "rsa-pub",                 rsapub_init,            rsapub_run },
+  { "ksched",                  ksched_init,            ksched_run },
+  { "enc",                     enc_init,               enc_run },
+  { "hash",                    hash_init,              hash_run },
+  { 0,                         0,                      0 }
+};
+
+/*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
+
+void version(FILE *fp)
+{
+  pquis(fp, "$, Catacomb " VERSION "\n");
+}
+
+static void usage(FILE *fp)
+{
+  pquis(fp, "Usage: $ [-options] job\n");
+}
+
+static void help(FILE *fp)
+{
+  version(fp);
+  putc('\n', fp);
+  usage(fp);
+  pquis(fp, "\n\
+Various performance tests.\n\
+\n\
+Options:\n\
+\n\
+-h, --help             Show this help text.\n\
+-v, --version          Show program version number.\n\
+-u, --usage            Show terse usage message.\n\
+-l, --list [ITEM...]   List all the various names of things.\n\
+\n\
+-C, --name=NAME                Select curve/DH-group/enc/hash name.\n\
+-b, --field-bits       Field size for g-prime and rsa.\n\
+-q, --no-check         Don't check field/group for validity.\n\
+-B, --group-bits       Group size for g-prime; key size for ksched;\n\
+                         data size for enc and hash.\n\
+-n, --factors=COUNT    Number of factors for {exp,mul}-sim.\n\
+-i, --intervals=COUNT  Number of intervals to run for.  [0; forever]\n\
+-t, --time=TIME                Length of an interval in seconds.  [1]\n\
+");
+}
+
+#define LISTS(LI)                                                      \
+  LI("Lists", list,                                                    \
+     listtab[i].name, listtab[i].name)                                 \
+  LI("Jobs", job,                                                      \
+     jobtab[i].name, jobtab[i].name)                                   \
+  LI("Elliptic curves", ec,                                            \
+     ectab[i].name, ectab[i].name)                                     \
+  LI("Diffie-Hellman groups", dh,                                      \
+     ptab[i].name, ptab[i].name)                                       \
+  LI("Encryption algorithms", cipher,                                  \
+     gciphertab[i], gciphertab[i]->name)                               \
+  LI("Hash functions", hash,                                           \
+     ghashtab[i], ghashtab[i]->name)
+
+MAKELISTTAB(listtab, LISTS)
+
+static unsigned uarg(const char *what, const char *p)
+{
+  char *q;
+  unsigned long u;
+  errno = 0;
+  u = strtoul(p, &q, 0);
+  if (*q || u > UINT_MAX || q == p || errno)
+    die(1, "bad %s `%s'", what, p);
+  return (u);
+}
+
+static double farg(const char *what, const char *p)
+{
+  char *q;
+  double f;
+  errno = 0;
+  f = strtod(p, &q);
+  if (*q || q == p || errno)
+    die(1, "bad %s `%s'", what, p);
+  return (f);
+}
+
+int main(int argc, char *argv[])
+{
+  int i;
+  opts o = { 0 };
+  const jobops *j;
+  struct timeval tv_next, tv_now;
+  double t, ttot;
+  unsigned n;
+  unsigned long ii;
+  clock_t c_start, c_stop;
+  double itot;
+  void *p;
+
+  ego(argv[0]);
+  o.t = 1;
+  for (;;) {
+    static const struct option opts[] = {
+      { "help",                0,              0,      'h' },
+      { "version",     0,              0,      'v' },
+      { "usage",       0,              0,      'u' },
+      { "list",                0,              0,      'l' },
+      { "name",                OPTF_ARGREQ,    0,      'C' },
+      { "field-bits",  OPTF_ARGREQ,    0,      'b' },
+      { "group-bits",  OPTF_ARGREQ,    0,      'B' },
+      { "factors",     OPTF_ARGREQ,    0,      'n' },
+      { "intervals",   OPTF_ARGREQ,    0,      'i' },
+      { "time",                OPTF_ARGREQ,    0,      't' },
+      { "no-check",    0,              0,      'q' },
+      { 0,             0,              0,      0 }
+    };
+
+    i = mdwopt(argc, argv, "hvulC:b:B:n:i:t:q", opts, 0, 0, 0);
+    if (i < 0) break;
+    switch (i) {
+      case 'h': help(stdout); exit(0);
+      case 'v': version(stdout); exit(0);
+      case 'u': usage(stdout); exit(0);
+      case 'l': exit(displaylists(listtab, argv + optind));
+      case 'C': o.name = optarg; break;
+      case 'b': o.fbits = uarg("field bits", optarg); break;
+      case 'B': o.gbits = uarg("subgroup bits", optarg); break;
+      case 'n': o.n = uarg("factor count", optarg); break;
+      case 'i': o.i = uarg("interval count", optarg); break;
+      case 't': o.t = farg("interval length", optarg); break;
+      case 'q': o.f |= OF_NOCHECK; break;
+      default: usage(stderr); exit(1);
+    }
+  }
+  if (optind + 1 != argc) { usage(stderr); exit(1); }
+
+  for (j = jobtab; j->name; j++)
+    if (strcmp(j->name, argv[optind]) == 0) break;
+  if (!j->name) die(1, "unknown job type `%s'", argv[optind]);
+  p = j->init(&o);
+
+  n = 0;
+  ttot = itot =         0;
+  gettimeofday(&tv_now, 0);
+  do {
+    tv_addl(&tv_next, &tv_now, o.t, fmod(o.t * MILLION, MILLION));
+    ii = 0;
+    c_start = clock();
+    do {
+      j->run(p);
+      ii++;
+      gettimeofday(&tv_now, 0);
+    } while (TV_CMP(&tv_now, <, &tv_next));
+    c_stop = clock();
+    t = (double)(c_stop - c_start)/CLOCKS_PER_SEC;
+    itot += ii;
+    ttot += t;
+    printf("%5u: did = %5lu; /sec = %5f; avg /sec = %5f\n",
+          n, ii, ii/t, itot/ttot);
+    fflush(stdout);
+    n++;
+  } while (!o.i || n < o.i);
+
+  return (0);
+}
+
+/*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/